(57)【要約】【課題】ワークを固定する治具にガス吹き付け口を設けて溶接箇所へシールドガスを吹き付けるようにして、高速で溶接できると共に溶接ダレを防止でき、しかも均一に溶接することができるレーザ溶接装置を提供すること。【解決手段】本発明のレーザ溶接装置１０は、第１のワークＢ１を固定する一対の治具１２Ａ、１２Ｂと、この第１のワークＢに他の第２のワークＢ２を配設して、これらの第１及び第２のワークの溶接箇所に、不活性ガスを供給するガス供給部及びレーザビームを照射するレーザユニット１１と、を備えている。各治具１２Ａ、１２Ｂには、スリット状の吹き出し口を設け、この吹き出し口は、溶接箇所より下方に位置させて、ガス供給部から吹き出し口へ不活性ガスを供給して、この吹き出し穴からの不活性ガスが溶接箇所に対して下方向から吹き付けられる。【選択図】      図１
2010105041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワークを固定する固定部と、不活性ガスを供給するガス供給部とを備え、前記第１のワークに対して第２のワークを配設して、前記第１のワークと第２のワークとの間の溶接箇所に不活性ガスを供給しながらレーザ溶接する場合に用いられるレーザ溶接用治具において、
前記固定部は、前記溶接箇所より下方にスリット状の吹き出し口を備え、前記ガス供給部から前記スリット状の吹き出し口へ不活性ガスを供給して、前記スリット状の吹き出し口から不活性ガスを前記溶接箇所に対して下方向から吹き付けられるようにしたことを特徴とするレーザ溶接用治具。
【請求項２】
前記スリット状の吹き出し口は幅長が前記溶接箇所の第１のワーク及び第２のワークの幅より長く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項３】
前記スリット状の吹き出し口は、天井板が前記溶接箇所と略同一面に配置されており、他の部分が前記溶接箇所より下方に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項４】
前記固定部は、前記第１のワークを挟持して固定する一対の挟持部材を有し、前記一対の挟持部材のそれぞれに前記スリット状の吹き出し口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項５】
前記挟持部材には前記スリット状の吹き出し口に連通したガス供給孔が設けられ、前記ガス供給孔が前記ガス供給部に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項６】
前記固定部は、内部に所定形状の空室が設けられたハウジングを備え、前記空室の出口に前記スリット状の吹き出し口が、前記空室の入口にガス流入口がそれぞれ形成されており、前記空室の前記スリット状の吹き出し口に平行な断面の形状及び大きさが前記空室の入口から前記空室の出口に向かって順次変化されており、それによって前記ガス流入口から供給されたガスが拡散、整流及び加速されて前記スリット状の吹き出し口から吹き出されるようになされていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項７】
前記空室は、前記空室の入口から出口に向かって、
前記スリット状の吹き出し口に平行な断面が前記スリット状の吹き出し口の延在方向に平行な方向及び直交する方向の長さが共に順次大きくなっている拡散室と、
前記拡散室に連なり、前記スリット状の吹き出し口に平行な断面の形状が一定に維持された整流室と、
前記整流室に連なり、前記スリット状の吹き出し口に平行な断面が前記スリット状の吹き出し口の延在方向に平行な方向の長さが一定に維持されていると共に前記スリット状の吹き出し口の延在方向と直交する方向の長さが順次小さくなっている加速室とを備え、
前記加速室の出口が前記スリット状の吹き出し口となっていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項８】
前記拡散室、整流室及び加速室は、前記ハウジングの空室内に１列に配列されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項９】
前記固定部は、前記内部に所定形状の空室が設けられたハウジングを一対備えており、前記一対のハウジングのそれぞれには前記第１のワークを挟持して固定する挟持部が設けられており、前記一対のハウジングのそれぞれに形成された挟持部間に前記第１のワークが固定されることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項１０】
前記ガス供給部は、前記溶接箇所に遠い側に位置する前記スリット状の吹き出し口からの不活性ガスの吹き出し流量を前記溶接箇所に近い側に位置する前記スリット状の吹き出し口からの不活性ガスの吹き出し流量よりも小さく制御する流量制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項１１】
前記固定部の上方には平面視で前記スリット状の吹き出し口に沿って排気口が形成され、前記排気口には排気手段が接続され、前記排気手段は、前記溶接箇所に遠い側に位置する前記排気口の吸引量を前記溶接箇所に近い側に位置する前記排気口の吸引量よりも大きく制御する排気制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接用治具。
【請求項１２】
前記第１のワークは上方に開口部を有する角形電池外装缶であり、前記第２のワークは前記角形電池外装缶の開口部に嵌合される封口蓋であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のレーザ溶接用治具。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のレーザ溶接用治具と、レーザビームを送出するレーザユニットとを備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項１４】
第１のワークとして上方に開口部を有する角形電池外装缶を用い、第２のワークとして前記角形電池外装缶の開口部に嵌合される封口蓋を用い、前記第１のワークと前記第２のワークとの嵌合部を請求項１〜１１の何れかに記載のレーザ溶接用治具を用いてレーザ溶接することを特徴とする角形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを走査して高速度でかつ均一に溶接できるようにするためのレーザ溶接用治具、レーザ溶接装置及び角形電池の製造方法に関し、特に、比較的大型の角形電池外装缶の開口部と封口蓋との嵌合部分をレーザ溶接するに際し、高速で溶接できると共に溶接ダレを防止でき、しかも均一に溶接することができるレーザ溶接用治具、レーザ溶接装置及びこのレーザ溶接用治具を用いた角形電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各国において、環境汚染及び石油価格の高騰などに対処するため、石油に代わるクリーンエネルギーの開発が進められており、これと並行して石油消費の低減策が広い分野で検討されてきている。その一環として、自動車分野においては、電池を搭載した電気自動車やハイブリッド電気自動車が開発され、現在では、ハイブリッド電気自動車が一部実用化されている。このような電気自動車やハイブリッド電気自動車に搭載される電池について、他の電池と比べて電池性能や信頼性が高いリチウムイオン非水電解質二次電池（以下、「リチウムイオン二次電池」という）の開発が進められている。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な黒鉛等の炭素質物を負極活物質とし、同じくリチウムイオンの吸蔵放出が可能なＬｉｘＭｙＯ２（但し、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくとも１種である）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉｘＣｏ１−ｘＯ２（ｘ＝０．０１〜０．９９）、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏｘＭｎｙＮｉｚＯ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）又はＬｉＦｅＰＯ４などを一種単独もしくは複数種を混合したものを正極活物質としたものが、多く使用されている。
【０００４】
この種のリチウムイオン二次電池が使用される機器は、スペース効率及び放熱性を高める目的から、発電要素を角形電池外装缶に収容した角形のものが多く使用されている。この角形リチウムイオン二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して偏平状に巻回ないし積層された電極体を角形電池外装缶の内部に収容し、角形電池外装缶の開口部を封口蓋によって密閉した構成となっている。そして、偏平状の電極体は、正極板及び負極板共に角形電池外装缶とは絶縁され、封口蓋に絶縁体を介して取り付けられた正極端子及び負極端子にそれぞれ集電体を介して電気的に接続されている。
【０００５】
この角形リチウムイオン二次電池は、偏平状の電極体を角形電池外装缶内に挿入した後、封口蓋を角形電池外装缶の開口部にレーザ溶接し、その後、電解液注入孔から非水電解液を注液し、この電解液注入孔を密閉することにより作製されている。このようなレーザ溶接による封缶方法には、大別すると、レーザビーム及びシールドガスを加工ヘッドから同時に噴射させてレーザ溶接する方法、及び、レーザビーム供給手段とシールドガス供給手段とを分離し、レーザビームを単独で走査して溶接する方法が知られている。なお、シールドガスは、溶接箇所から酸素を除去し、レーザ溶接に適した加工ガス雰囲気を作るためのものであり、窒素ガスやアルゴンガスのような不活性ガスが使用されている。
【０００６】
図９Ａは前者の方法を採用した従来のレーザ溶接装置の概要を示した斜視図であり、図９Ｂは図９ＡのIXB−IXB線での断面図である。
【０００７】
このレーザ溶接装置１００は、図９Ａに示すように、加工ヘッド１０１と、角形電池Ｂを挟持する一対の第１及び第２封口冶具１０２Ａ、１０２Ｂを有している。第１及び第２封口冶具１０２Ａ、１０２Ｂは、外装缶Ｂ１の上方の開口部に封口蓋Ｂ２が嵌合された角形電池外装缶Ｂ１の広い両側壁面を挟持し、角形電池外装缶Ｂ１を所定の位置に位置決め固定する。加工ヘッド１０１は、内部が中空で所定の長さの筒状体の一端を先細にして、この先細の先端部に所定大きさのレーザ及びシールドガスの出射口が設けられている。加工ヘッド１０１の筒状体の他端は、図示を省略した可撓性を有する供給管を介してレーザ発振器及びシールドガス供給源に接続されている。なお、この種のレーザ溶接装置では、通常、レーザ発振器にパルス発振器が使用される。加工ヘッド１０１はＸＹテーブルにより操作され、加工ヘッド１０１の出射口を角形電池外装缶Ｂ１の開口部と封口蓋Ｂ２との溶接箇所へ移動させて、出射口からレーザビームＬＢ及びシールドガスＮ２を同時に出射して溶接するようになっている。
【０００８】
図１０は、後者の方法、すなわちレーザビームとシールドガスとを分離して溶接する方法を採用したレーザ溶接装置の概要を示した斜視図である。
【０００９】
このレーザ溶接装置１０３では、シールドガスは、加工ヘッドから供給されずに、別ルートで角形電池が収容される所定大きさの箱型容器１０４に供給される。この容器１０４は、角形電池及び所定量のガスが収容される有底の容器からなり、上壁面に角形電池の封口蓋Ｂ２部分を露出させ、この封口蓋Ｂ２の周囲からガスが噴出される隙間をあけた開口１０６が形成されている。この容器１０４には、一側壁にガス供給孔１０５が形成され、この供給孔には図示を省略したガス供給管が連結されている。このレーザ溶接装置１０３では、予め開口部に封口蓋Ｂ２を嵌合した角形電池外装缶Ｂ１を箱型容器１０４に収容し、ガス供給孔１０５からシールドガスを供給し、不図示のレーザヘッドからレーザビームＬＢをスキャンすることによってレーザ溶接が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−８４８０３号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２５７６号公報
【特許文献３】特開平６−２９２９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の従来のレーザ溶接装置１００は、図９Ａに示すように、溶接箇所の上方に位置する加工ヘッド１０１から、溶接箇所へシールドガスＮ２及びレーザビームＬＢが出射されるので、図９Ｂに示すような溶接ダレが発生する割合が多くなり、溶接状態がばらつく。また、このレーザ溶接装置１００は、ＸＹテーブルを用いてレーザヘッドを走査しており、加工雰囲気を作るためガスの吹き出し口の動きは加工ヘッドの動きと一体となっている。このため、上記の従来のレーザ溶接装置１００を用いたレーザ溶接方法では加工速度を上げることが難しくなっている。
【００１２】
この加工速度を上げる方法として、連続発振型のレーザビームを照射するレーザ溶接方法が提案されている（例えば、上記特許文献１参照）。しかしながら、この連続発振型のレーザビームを照射するレーザ溶接方法は、レーザビームを高速で走査する必要があり、通常の走査方法、例えばＸＹテーブルを用いて走査する方法では、必要な走査速度を溶接部全体に亘って得ることが難しい。そのためレーザビームをスキャンするスキャン光学系が使用されるが、このようなスキャン光学系を用いると、加工雰囲気を作るためガスの吹き出し口をレーザが照射される位置に合わせて動かすことができず、レーザ溶接する部分全体を溶接に適した加工ガス雰囲気にしなければならない。そのために、上記の図１０に示したレーザ溶接装置１０３のように、溶接部近傍を囲って雰囲気ガスを長時間流して空気を雰囲気ガスで置換するレーザ溶接装置を採用しなければならなくなる。
【００１３】
また、上記特許文献２には、連続発振型のレーザビームを照射する溶接方法が開示されているが、外装缶の外側に溶融部の凸部分が出て寸法不良を起こすなどの課題が潜在している。さらに、上記特許文献３には、クランプ部材にシールドガス噴射口を設けたレーザ加工装置が開示されているが、角形電池の封缶用としては採用できない。
【００１４】
本発明は上述のような従来技術の課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、角形電池外装缶等のワークを固定する治具に吹き付け口を設けて、シールドガスの流量分布が均一になるようにして溶接箇所へ吹き付けることにより、高速で溶接できると共に溶接ダレを防止でき、しかも均一に溶接することができるレーザ溶接用治具、レーザ溶接装置及びこのレーザ溶接用治具を用いた角形電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ溶接用治具は、第１のワークを固定する固定部と、不活性ガスを供給するガス供給部とを備え、前記第１のワークに対して第２のワークを配設して、前記第１のワークと第２のワークとの間の溶接箇所に不活性ガスを供給しながらレーザ溶接する場合に用いられるレーザ溶接用治具において、前記固定部は、前記溶接箇所より下方にスリット状の吹き出し口を備え、前記ガス供給部から前記スリット状の吹き出し口へ不活性ガスを供給して、前記スリット状の吹き出し口から不活性ガスを前記溶接箇所に対して下方向から吹き付けられるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明のレーザ溶接用治具によれば、ワークを固定する治具にスリット状の吹き出し口が設けられているので、吹き出し口へ不活性ガスが供給されると、直ぐに溶接部分全体が不活性ガスからなるシールドガス雰囲気になる。そのため、溶接部分全体に亘って安定した良好な加工ガス雰囲気になり、しかも加工ガス雰囲気を得るための待ち時間がなくなるので、効率的な加工ができるようになる。また、不活性ガスを溶接部に極めて近い位置から吹き出させているので、少ない流量でもシールドガス雰囲気が得られることから必要な不活性ガスの量も抑えられる。さらに、不活性ガスが溶接箇所の下から上に吹付けられることで、溶接箇所のワーク外側の外側部分が必要以上に溶けるのが抑えられるため、ワーク外側の溶融部にダレが生じることを抑制できる。
【００１７】
本発明のレーザ溶接用治具においては、前記スリット状の吹き出し口の幅長は、前記溶接箇所の第１のワーク及び第２のワークの幅より長く形成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明のレーザ溶接用治具によれば、ガス吹き出し口の幅長が第１のワーク及び第２のワークの幅より長く形成されているので、溶接箇所へ均一な流速分布で不活性ガスを供給できる。
【００１９】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記スリット状の吹き出し口は、天井板が前記溶接箇所と略同一面に配置されており、他の部分が前記溶接箇所より下方に配置されていることが好ましい。
【００２０】
本発明のレーザ溶接用治具においては、天井板が溶接箇所と略同一面に配置されており、他の部分が溶接箇所よりも下方に配置されているため、溶接箇所で不活性ガスが淀むことが抑制され、溶接箇所に対して不活性ガスを下方向から有効に吹き付けられるようになる。しかも、天井板は、溶接箇所と略同一面に配置することにより、天井板における溶接箇所より上方に位置する部分の高さを低く（例えば５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下）とすることができるので、照射されたレーザビームの一部が直接当たって溶けたり、レーザビームの反射光によって溶けたり、あるいは、レーザ溶接時に発生するプラズマによって損傷を受けたりすることが抑制されるため、長寿命のレーザ溶接用治具が得られる。
【００２１】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記固定部は、前記第１のワークを挟持して固定する一対の挟持部材を有し、前記一対の挟持部材のそれぞれに前記スリット状の吹き出し口が形成されていることが好ましい。
【００２２】
本発明のレーザ溶接用治具によれば、一対の挟持部材でワークを挟持固定しているので、ワークを簡単に固定でき、しかも上記の作用効果を奏するレーザ溶接装置を提供できる。
【００２３】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記挟持部材には前記スリット状の吹き出し口に連通したガス供給孔が設けられ、前記ガス供給孔が前記ガス供給部に接続されていることが好ましい。
【００２４】
本発明のレーザ溶接用治具によれば簡単な構成で溶接箇所に不活性ガスを供給できるようになる。
【００２５】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記固定部は、内部に所定形状の空室が設けられたハウジングを備え、前記空室の出口に前記スリット状の吹き出し口が、前記空室の入口にガス流入口がそれぞれ形成されており、前記空室の前記スリット状の吹き出し口に平行な断面の形状及び大きさが前記空室の入口から前記空室の出口に向かって順次変化されており、それによって前記ガス流入口から供給されたガスが拡散、整流及び加速されて前記スリット状の吹き出し口から吹き出されるようになされていることが好ましい。
【００２６】
本発明のレーザ溶接用治具によれば、溶接箇所の溶接状態は、不活性ガスの流量、すなわち吹き付けられるガスの強さにより影響を受けるが、ガス流入口から供給されたガスを拡散、整流及び加速させることによって、吹き出し口から均一な流速分布の不活性ガスを吹き出させることができるので、溶接ムラなどをなくして良好な溶接状態を得ることができるようになる。
【００２７】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記空室は、前記空室の入口から出口に向かって、前記スリット状の吹き出し口に平行な断面が前記スリット状の吹き出し口の延在方向に平行な方向及び直交する方向の長さが共に順次大きくなっている拡散室と、前記拡散室に連なり、前記スリット状の吹き出し口に平行な断面の形状が一定に維持された整流室と、前記整流室に連なり、前記スリット状の吹き出し口に平行な断面が前記スリット状の吹き出し口の延在方向に平行な方向の長さが一定に維持されていると共に前記スリット状の吹き出し口の延在方向と直交する方向の長さが順次小さくなっている加速室とを備え、前記加速室の出口が前記スリット状の吹き出し口となっていることが好ましい。
【００２８】
本発明のレーザ溶接用治具によれば、ハウジングの空室を、上述のような特定形状の拡散室、整流室及び加速室に区画したので、吹き出し口からより均一な流速分布の不活性ガスを吹き出させることができる。
【００２９】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記拡散室、整流室及び加速室は、前記ハウジングの空室内に１列に配列されていることが好ましい。
【００３０】
本発明のレーザ溶接用治具によれば、拡散室、整流室及び加速室が１列に配列されているので、効率よく不活性ガスに対して均一な流速分布となすことができるようになる。加えて、拡散室、整流室及び加速室が１列に配列されていれば、スリット状の吹き出し口で溶接側に折れ曲がっていても均一な流速分布となすことができるため、拡散室、整流室及び加速室を縦方向に配置することができるので、スペース効率を向上させることができる。
【００３１】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記固定部は、前記内部に所定形状の空室が設けられたハウジングを一対備えており、前記一対のハウジングのそれぞれには前記第１のワークを挟持して固定する挟持部が設けられており、前記一対のハウジングのそれぞれに形成された挟持部間に前記第１のワークが固定されることが好ましい。
【００３２】
本発明のレーザ溶接用治具によれば、一対の治具でワークを挟持固定するので、ワークを簡単に固定して上記の作用効果を奏するレーザ溶接装置を提供できる。
【００３３】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記ガス供給部は、前記溶接箇所に遠い側に位置する前記スリット状の吹き出し口からの不活性ガスの吹き出し流量を前記溶接箇所に近い側に位置する前記スリット状の吹き出し口からの不活性ガスの吹き出し流量よりも小さく制御する流量制御手段を備えていることが好ましい。
【００３４】
本発明のレーザ溶接用治具は、溶接箇所の両側において不活性ガスが下方から吹き付けられるようになっているため、この両側から吹き付けられた不活性ガスは溶接箇所の上側で衝突して更に上方に移動する。一方、レーザ溶接時には、溶接により発生した飛散物が不活性ガス中のレーザビーム光路上に浮遊してレーザビームを遮ることがある。このような状態となると、溶接箇所に届くレーザビームが弱くなるので、溶接不良が発生する可能性がある。
【００３５】
本発明のレーザ溶接用治具は、ガス供給部が溶接箇所に遠い側に位置するスリット状の吹き出し口からの不活性ガスの吹き出し流量を溶接箇所に近い側に位置する前記スリット状の吹き出し口からの不活性ガスの吹き出し流量よりも小さく制御する流量制御手段を備えている。そのため、溶接時には、溶接箇所に近い側に位置するスリット状の吹き出し口からの不活性ガスは、溶接箇所の上方よりも、溶接箇所に遠い側に流れて行くため、溶接により発生した飛散物も溶接箇所から遠い側に浮遊して流れて行く。従って、本発明のレーザ溶接用治具によれば、溶接による飛散物が溶接箇所の上方に流れていくことが抑制されるため、この溶接による飛散物にレーザビームが遮られることが抑制され、溶接不良の発生がより確実に減少する。
【００３６】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記固定部の上方には平面視で前記スリット状の吹き出し口に沿って排気口が形成され、前記排気口には排気手段が接続され、前記排気手段は、前記溶接箇所に遠い側に位置する前記排気口の吸引量を前記溶接箇所に近い側に位置する前記排気口の吸引量よりも大きく制御する排気制御手段を備えていることが好ましい。
【００３７】
本発明のレーザ溶接用治具においては、溶接箇所に遠い側に位置する排気口の吸引量を溶接箇所に近い側に位置する排気口の吸引量よりも大きくなるように制御されているため、溶接時には、溶接箇所に近い側に位置するスリット状の吹き出し口からの不活性ガスは、溶接箇所の上方よりも、溶接箇所に遠い側に流れて行くため、溶接により発生した飛散物も溶接箇所から遠い側に浮遊して流れて行く。従って、本発明のレーザ溶接用治具によれば、溶接による飛散物が溶接箇所の上方に流れていくことが抑制されるため、この溶接による飛散物にレーザビームが遮られることが抑制され、溶接不良の発生がより確実に減少する。
【００３８】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、特に前記流量制御手段と前記排気制御手段とを同時に備えるようにすると、両者の効果が相乗的に奏されるようになり、より溶接による飛散物にレーザビームが遮られることが抑制され、溶接不良の発生がさらに確実に減少する。
【００３９】
また、本発明のレーザ溶接用治具においては、前記第１のワークは上方に開口部を有する角形電池外装缶であり、前記第２のワークは前記角形電池外装缶の開口部に嵌合される封口蓋とすることができる。
【００４０】
本発明のレーザ溶接用治具によれば、上記のレーザ溶接装置を用いて、角形電池外装缶と封口蓋との間をレーザ溶接するに際し、溶接スピードをアップし、溶接ダレ及び溶接ムラがなく、溶接部の品質が安定した角形電池を作製することができる。
【００４１】
更に、上記目的を達成するため、本発明のレーザ溶接装置は、前記いずれかに記載のレーザ溶接用治具と、レーザビームを送出するレーザユニットとを備えることを特徴とする。
【００４２】
本発明のレーザ溶接装置によれば、上記本発明のレーザ溶接治具の効果を奏するレーザ溶接装置が得られる。
【００４３】
また、本発明の角形電池の製造方法は、第１のワークとして上方に開口部を有する角形電池外装缶を用い、第２のワークとして前記角形電池外装缶の開口部に嵌合される封口蓋を用い、前記第１のワークと前記第２のワークとの嵌合部を前記レーザ溶接用治具を用いてレーザ溶接することを特徴とする。
【００４４】
本発明の角形電池の製造方法によれば、角形電池外装缶の外側側面の下側部分の温度が上がり難くなるため、ダレようとする金属の量が減り、角形電池外装缶の外側に溶融部の凸部分がでる寸法不良が発生し難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１に係るレーザ溶接装置の概要図である。
【図２】図２Ａは図１のレーザ溶接装置を構成する一方のレーザ封口用冶具の挟持部材を示す斜視図であり、図２Ｂは挟持部材とコ字型枠体を合わせた斜視図であり、図２Ｃは挟持部材とコ字型枠体と天井板を合わせた斜視図である。
【図３】図３Ａは図１のIIIA−IIIA線の断面図、図３Ｂは図３Ａでの溶接状態を説明する断面図である。
【図４】実施例２に係るレーザ溶接装置の側面図である。
【図５】図４のレーザ溶接装置の一対の封口治具の蓋板を取外し本体ケースの内部を見えるようにした平面図である。
【図６】図６Ａは図５のVIA−VIA線の拡大断面図、図６Ｂは図６ＡのVIB部分の拡大断面図である。
【図７】実施例２の封口治具から吹き出されるガスの流速分布を説明する平面図である。
【図８】図８Ａは実施例１にかかるレーザ溶接装置のガスの流れを説明するための断面図であり、図８Ｂは実施例３にかかるレーザ溶接装置のガスの流れを説明するための断面図である。
【図９】図９Ａは従来のレーザ溶接装置の概要を示した斜視図であり、図９Ｂは図９ＡのIXB−IXB線での断面図である。
【図１０】他の従来技術のレーザ溶接装置の概要を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのレーザ溶接用治具及びレーザ溶接装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。
【実施例１】
【００４７】
最初に、図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係るレーザ溶接装置を説明する。なお、図１は実施例１に係るレーザ溶接装置の概要図である。図２Ａは図１のレーザ溶接装置を構成する一方のレーザ溶接用治具の挟持部材を示す斜視図であり、図２Ｂは挟持部材とコ字型枠体を合わせた斜視図であり、図２Ｃは挟持部材とコ字型枠体と天井板を合わせた斜視図である。図３Ａは図１のIIIA−IIIA線の断面図、図３Ｂは図３Ａでの溶接状態を説明する断面図である。
【００４８】
実施例１のレーザ溶接装置１０は、レーザ発振器及びビームスキャナを備えるレーザユニット１１と、角形電池Ｂ１を挟持して、この電池の溶接箇所へ不活性ガスを供給するスリット状の吹き出し口１２１を備えた一対の第１及び第２レーザ封口用冶具（以下、これらを「第１及び第２封口冶具」という）１２Ａ、１２Ｂと、これらの封口冶具へ不活性ガスを供給するガス供給部（図示省略）を有している。この第１及び第２封口冶具１２Ａ、１２Ｂが本発明のレーザ溶接用治具に対応する。レーザユニット１１におけるレーザ発振器には、連続発振型のレーザ発振器が使用されている。このレーザ発振器は、ＸＹ方向へのビーム走査を可能にするビームスキャナが装着されており、溶接箇所へレーザビームを照射できるようになっている。これらのレーザユニット１１の構成は、既に公知のものを使用するので、具体的な構成の説明は省略する。
【００４９】
第１及び第２封口冶具１２Ａ、１２Ｂは、同じ構成を有しているので、一方の封口冶具を符号１２で表して図２を参照して説明する。封口冶具１２は、図２に示すように、所定の幅長、長さ及び高さを有する長方体形状の挟持部材１３と、この挟持部材の一壁面に取付ける略コ字型の枠体１４と、このコ字型枠体１４のコ字隙間の一部を覆い挟持部材１３の一壁面との間に所定大きさのガス吹き出し口を形成する天井板１５とを有し、これらの部材は合成樹脂成型体ないし金属材で形成されている。この挟持部材１３が本発明の固定部に対応する。
【００５０】
挟持部材１３は、図２Ａに示すように、所定の幅長Ｗ、長さＬ及び高さＨの直方体ブロックからなり、比較的長尺の上下壁１３ａ、１３ｂ及び前後壁１３ｅ、１３ｆ並びに略矩形状の左右壁１３ｃ、１３ｄを有している。挟持部材１３の長さＬは、図１に示すように、角形電池Ｂの長手方向の側壁面の長さより若干長くなっている。この長さＬを角形電池Ｂの側壁面の長さより若干長くすることによって、後述するように、スリット状の吹き出し口１２１は、この挟持部材の長さ方向に沿って形成されるので、角形電池の封口蓋を溶接する際に、広い範囲の溶接箇所に不活性ガスを供給することが可能になる。
【００５１】
一側壁１３ｅ面は、角形電池Ｂの壁面に当接してこの電池を挟持する挟持面となっている。上壁１３ａ面には、その長手方向の両端部にそれぞれガス供給孔１３１が形成されている。これらのガス供給孔１３１は、下壁１３ｂへ貫通しており、この貫通孔の出口に図示を省略した配管を介して、不図示のガス供給部に接続されようになっている。不活性ガスには、例えば窒素ガス又はアルゴン等などが使用される。なお、ガス供給孔１３１は長手方向の両端部に設けたが、中央部などに設けてもよい。
【００５２】
コ字型枠体１４は、図２Ｂに示すように、短長の対向する側枠１４ａ、１４ｂと、これらの側枠１４ａ、１４ｂの一端を連結する長尺の連結枠１４ｃと有し、各側枠１４ａ、１４ｂの他端が開放されて、全体が略コ字型に形成されている。このコ字型枠体１４の肉厚はＨ１となっている。
【００５３】
天井板１５は、図２Ｃに示すように、挟持部材１３の幅長Ｗより短長の幅長Ｗ１を有し、コ字型枠体１４のコ字隙間の一部を覆う長尺の板状体で形成されている。
【００５４】
これらの挟持部材１３、コ字型枠体１４及び天井板１５を用いて、封口治具１２を組立てる。その組立は、まず、挟持部材１３は、ガス供給孔１３１を設けた上壁１３ａ面の３辺に一側壁１３ｅに開放端が位置するようにしてコ字型枠体１４を載置し固定する。次いで、このコ字型枠体１４の３枠辺に天井板１５を載置し固定して、封口治具１２の組立てを完了する。
【００５５】
組立てた封口治具１２は、図２Ｃ、図３Ａに示すように、挟持部材１３の上壁１３ａ面と、コ字型枠体１４の枠内と、天井板１５の裏面とで囲まれ、上壁１３ａ面と天井板１５の一端部との間に空室Ｒを有するスリット状の吹き出し口１２１が形成される。このスリット状の吹き出し口１２１は、空室Ｒ内の挟持部材１３の上壁１３ａ面にガス供給孔１３１を有し、これらの供給孔１３１からガスが供給されると、ガスは空室Ｒ内で拡散されてスリット状の吹き出し口１２１から電池外装缶Ｂ１の溶接箇所に向けて噴射される。
【００５６】
更に詳述すると、この封口治具１２は、図３Ａに示すように、挟持部材１３の上壁１３ａ面と天井板１５の裏面との間に隙間Ｇ２が形成される。この隙間Ｇ２は、コ字型枠体１４の肉厚Ｈ１となっている。また、挟持部材１３の側壁１３ｅ面の延長面と天井板１５の端部との間に隙間Ｇ１が形成される。この隙間Ｇ１は、挟持部材１３の幅長Ｗと天井板１５の幅長Ｗ１との差となっている。この隙間Ｇ１は、溶接される電池Ｂの側壁面との隙間であり、この隙間部分が噴射ノズル１２Ｎを形成する。この実施例１では、Ｇ１、Ｇ２は、共に１．００ｍｍに設定されている。なお、天井板１５の上面は溶接箇所よりも０ｍｍ〜５ｍｍ程度、より好ましくは０ｍｍ〜３ｍｍ程度上方に位置するようにするとよい。
【００５７】
次に、図１〜図３を参照して、レーザ溶接装置１０を使用した角形電池の外装缶の封口工程を説明する。この外装缶封口工程において、レーザ溶接装置１０を構成する一対の第１及び第２封口冶具１２Ａ、１２Ｂ間に、電池外装缶Ｂ１を配置し、一対の封口冶具１２Ａ、１２Ｂ間で挟持固定する。この状態にして、両封口冶具１２Ａ、１２Ｂの各挟持部材１３のガス供給孔１３１から、シールドガス、例えば窒素ガスＮ２を供給する。供給された窒素ガスＮ２は、各封口冶具１２Ａ、１２Ｂの空室Ｒ内で拡散されて、各スリット状の吹き出し口１２１から噴射ノズル１２Ｎを経て溶接箇所に噴射される。
【００５８】
図３Ａには、一方の封口冶具から、電池外装缶Ｂ１と封口蓋Ｂ２との溶接箇所へ窒素ガスＮ２を供給している状態が示されている。この窒素ガスＮ２が供給されたシールドガス雰囲気で、レーザユニット１１におけるレーザ発振器からレーザビームＬＢが溶接箇所へ照射される。この照射により、外装缶Ｂ１と封口蓋Ｂ２とがレーザ溶接されるが、この溶接箇所には、スリット状の吹き出し口１２１から噴射ノズル１２Ｎを経て上方へ吹き付けられているので、溶接の際に溶接ダレが発生することがない。
【００５９】
以下、このレーザ溶接装置１０を用いた角形電池の外装缶の封口工程の一具体例を説明する。外装缶Ｂ１及び封口蓋Ｂ２は、いずれもアルミニウム系金属製のものを使用して、封口蓋Ｂ２と嵌合する部分の厚みが０．４ｍｍの外装缶Ｂ１に、厚み１．４ｍｍの封口蓋Ｂ２を嵌合させ、連続発振型レーザから出た出力１．９ｋＷのレーザビームをビームスキャナで理論集光径０．３４ｍｍに集光して、集光点を毎秒１２０ｍｍの速度で走査して溶接を行った。隙間Ｇ１、Ｇ２は、それぞれ１．０ｍｍに設定した。そして、溶接時に、この隙間Ｇ１の噴射ノズル１２Ｎを通るようにして窒素ガスＮ２を吹き付けた。この吹き付けにより、窒素ガスＮ２はスリット状の吹き出し口１２１から外装缶Ｂ１の側面を下から上に向かって隙間Ｇ１の噴射ノズル１２Ｎを通って外部へ放出される。
【００６０】
これにより、窒素ガスＮ２を供給し始めた直後に、溶接部分は窒素ガスで囲まれたシールドガス雰囲気になるため、待ち時間無しで溶接が開始できるようになった。さらに外装缶の下から上に窒素ガスＮ２が吹き付けられるので、外装缶の外側に広がる部分の距離が約０．１ｍｍから約０．０３ｍｍに減少し、外装缶の外側に溶融部の凸部分が出る寸法不良を抑制することができた。
【００６１】
従って、このレーザ溶接装置１０によれば、レーザ溶接する部分全体を溶接に適した加工ガス雰囲気にするためシールドガスを流す際にガスを流し始めてから直ぐに溶接部分全体が窒素雰囲気になるため、必要なシールドガスの量が少なくなると共に加工ガス雰囲気を得るための待ち時間がなくなるため、効率的に加工を行うことができる。さらにシールドガスを溶接部分に極めて近い位置から出せるので、少ない流量でもシールドガス雰囲気が得られることから必要なシールドガスの量も抑えられる。さらに、シールドガスが外装缶の下方向から上方向に向かって吹き付けられるので、図３Ｂに示すように外装缶の外側側面の下側部分の温度が上がり難くなるため、ダレようとする金属の量が減り、外装缶の外側に溶融部の凸部分が出る寸法不良が発生し難くなる。
【実施例２】
【００６２】
実施例１に係るレーザ溶接装置１０は、上記のような優れた作用効果を奏するものであるが、封口冶具のスリット状の吹き出し口１２１が長くなっているので、この吹き出し口から噴射されるシールドガスの流速が、噴射する箇所によってバラつき、電池の長辺側部での流速が極端に低くなることがある。例えば、平均流速を５ｍ／ｓとすると、最少値は０．３ｍ／ｓ、最大値は６．８ｍ／ｓになり、不均一な流速分布となることがある。流速分布が不均一になると、溶接箇所の状態に影響を及ぼし、例えば溶接ムラ或いは溶接ビードや皺が発生する割合が高くなる。
【００６３】
そこで、以下に示す実施例２のレーザ溶接装置１０Ａは、この実施例１のレーザ溶接装置１０に改良を加えたものである。この実施例２に係るレーザ溶接装置を図４〜図６を参照して説明する。
【００６４】
実施例２に係るレーザ溶接装置１０Ａは、レーザ発振器及びビームスキャナを備えるレーザユニット１１と、角形電池Ｂを挟持してこの電池の溶接箇所へ不活性ガスを供給するスリット状の吹き出し口２１１を有する一対の第１及び第２封口冶具１６Ａ、１６Ｂと、これらの封口冶具へ不活性ガスを供給するガス供給部と、を有している。このレーザ溶接装置１０Ａは、上記のレーザ溶接装置１０と封口冶具の構成が異なり、他の構成は同じになっている。この一対の第１及び第２の封口冶具１６Ａ、１６Ｂは、同じ構成を有しているので、一方の封口冶具１６Ａを参照して説明する。
【００６５】
封口冶具１６Ａは、上方が開口し内部に浅底の凹み穴１８を有する本体ケース１７と、この本体ケースの開口を覆う蓋体１９とを有している。本体ケース１７と蓋体１９とで所定大きさのハウジングを構成している。
【００６６】
本体ケース１７は、図５、図６に示すように、前後壁１７ａ、１７ｂ、左右側壁１７ｃ、１７ｄ及び底壁１７ｅを有し、上方が開口し内部に凹み穴１８を有する浅底の容器で形成されている。前壁１７ａは、その両端部の一部が上方へ所定高さ隆起させた立設壁１７ａ１が形成されている。両端の立設壁１７ａ１、１７ａ１間は、前壁１７ａの頂部壁１７ａ２となっている。立設壁１７ａ１の高さは、スリット状の吹き出し口２１１の高さに相当する高さになっている。また、後壁１７ｂは、その中央部に半円形状の半流入孔１７ｂ'が形成されている。この本体ケース１７は、前壁１７ａの長さＬ１、左右側壁１７ｃ、１７ｄの長さＬ２及び所定の高さを有し、全体が偏平な箱型になっている。
【００６７】
前壁１７ａの長さＬ１は、各側壁１７ｃ、１７ｄの肉厚に角形電池Ｂの幅長を加え、さらにこの電池端部と各側壁１７ｃ、１７ｄ間の隙間Ｗ２を加えた長さになっている。すなわち、左右側壁１７ｃ、１７ｄの各内壁面間の間隔Ｌ１２は、後述するスリット状の吹き出し口２１１の幅長となるが、この長さＬ１２は角形電池Ｂの両端と各側壁１７ｃ、１７ｄの各内壁面との間にそれぞれ隙間Ｗ２が空く長さになる。また、側壁の長さＬ２は、任意の長さでよいが、この実施例では１４０ｍｍとなっている。隙間Ｗ２は１０ｍｍとなっている。この本体ケース１７は、前壁１７ａ面が角形電池Ｂの壁面に当接してこの電池を挟持する挟持面となっている。
【００６８】
本体ケース１７の凹み穴１８は、図５に示すように、４つの第１〜第４区画１８ａ〜１８ｄに区分されている。第１区画１８ａは、平面視で略三角形状をなし、この三角形の頂部が半流入孔１７ｂ'に連通している。この区画の底壁面は、図６Ａに示すように、平坦面１７１となっている。以下、同様に図５、図６Ａに示すように、第２区画１８ｂは、第１区画１８ａに隣接し平面視で幅狭の略矩形状に区画されている。この区画の底壁面は平坦面１７２となっている。第３区画１８ｃは、第２区画１８ｂに隣接し平面視で幅広の略矩形状の区画となっている。この区画の底壁面は、隣接する第２区画１８ｂから前壁１７ａへ向かって所定の角度で上昇する傾斜面１７３となっている。第４区画１８ｄは、前壁１７ａの頂壁１７ａ２に繋がった平坦面１７４となっている。
【００６９】
蓋体１９は、本体ケース１７の凹み穴１８の開口を覆う大きさを有している。すなわち、本体ケース１７の前後壁１７ａ、１７ｂ及び左右側壁１７ｃ、１７ｄに対応する前後壁及び左右側壁を有する板状体で構成されている。図６には、蓋体１９の前後壁１９ａ、１９ｂが示されている。この蓋体１９は、長手方向の長さ、すなわち、前後壁１９ａ、１９ｂ間の長さが、本体ケース１７の長さＬ２より、本体ケース１７の前壁１７ａの延長線と蓋体１９の前壁１９ａとの間に所定の隙間Ｇ４（図６Ｂ参照）が空くように短長になっている。後壁１７ｂは、その中央部に半円形状の半流入孔１７ｂ'が形成されている。
【００７０】
この蓋体１９は、その裏面が本体ケース１７の凹み穴１８の第１〜第４区画１８ａ〜１８ｄに対応し所定の形状に形成されている。第１区画１８ａに対応する裏面は、後壁１９ｂから前壁１９ａに向けて所定の角度で上昇した傾斜面１９１となっている。第２〜第４区画１８ｂ〜１８ｄに対応する裏面は連続した平坦面１９２となっている。
【００７１】
本体ケース１７は、その凹み穴１８の開口が蓋体１９で覆われる。凹み穴１８の開口が蓋体１９で覆われると、図６Ａに示すように、内部に４つの第１〜第４の空室Ｒ１〜Ｒ４が形成される。また、本体ケース１７及び蓋体１９の各流入孔１７ｂ'、１９ｂ'が合わさって流入孔２０が形成される。この流入孔２０は、図示を省略した配管を介して不活性ガス供給源に接続される。この流入孔２０は空室Ｒ１に連通している。
【００７２】
第１〜第４の空室Ｒ１〜Ｒ４は、本体ケース１７の第１〜第４区画１８ａ〜１８ｄに対応した箇所に形成されている。これらの空室Ｒ１〜Ｒ４は、本体ケース１７の区画１８ａ〜１８ｄ及び蓋体１９の裏面形状により、それぞれ所定の形状を有する空室となっている。また、これらの空室Ｒ１〜Ｒ４は、本体ケース１７の底壁面１７１〜１７４及び蓋体１９裏面並びに本体ケース１７及び蓋体１９の各側壁面に囲まれ、第１の空室Ｒ１が流入孔２０に、第４の空室Ｒ４の出口がスリット状の吹き出し口２１１となった密室となっている。
【００７３】
第１の空室Ｒ１は、第１区画１８ａの形状に対応して平面視で略三角形の空室となり、その頂部が流入孔２０に連通している。この第１の空室Ｒ１は、スリット状の吹き出し口２１１に平行な断面が細長い形状をしており、スリット状の吹き出し口２１１の延在方向に平行な方向及び直交する方向の長さが共に順次大きくなっている。そのため、この空室Ｒ１へ流入孔２０から不活性ガスが供給されると、直径の小さい流入孔２０を通過したガスが空室Ｒ１へ入り込むと徐々に流れ方向が広がる。従って、この第１の空室Ｒ１はガスを拡散させる拡散室となっている。
【００７４】
次の隣接する第２の空室Ｒ２は、第２区画１８ｂに対応する矩形状壁を有し、スリット状の吹き出し口２１１に平行な断面が細長い形状をしており、スリット状の吹き出し口２１１の延在方向に平行な方向及び直交する方向の長さがそれぞれ一定に維持された空室となっている。この空室Ｒ２は、第１の空室Ｒ１で拡散されたガスが均一な流れに変換される。従って、この第２の空室Ｒ２は整流室となっている。
【００７５】
第３の空室Ｒ３は第３区画１８ｃの傾斜面と蓋体１９の内壁面との間で断面視で略三角形状の壁を有している、すなわち、第３の空室Ｒ３は、スリット状の吹き出し口２１１に平行な断面が細長い形状をしており、スリット状の吹き出し口２１１の延在方向に平行な方向の長さが一定に維持されていると共にスリット状の吹き出し口２１１の延在方向と直交する方向の長さが順次小さくなっており、その先端が第４の空室Ｒ４に連なっている。第２の空室Ｒ２で整流されたガスは、この空室Ｒ３内で流路が狭められることによって、圧縮・加速される。従って、この第３の空室Ｒ３は整流されたガスを加速させる加速室となっている。なお、上述の第１の空室Ｒ１〜第３の空室Ｒ３におけるスリット状の吹き出し口２１１に平行な断面が細長い形状とは、長方形、角が丸められた長方形、長方形の角を取った八角形、長方形の両端部の辺を半円状とした形状、長楕円形の両端部を切り落とした形状等のものを適宜選択して採用し得る。
【００７６】
第４の空室Ｒ４は、第３の空室Ｒ３の出口側に位置して、第４区画１８ｄの平坦面１７４と蓋板１９裏面の平坦面１９２との間で隙間Ｇ３（図６Ｂ参照）を空けた噴射ノズル２１Ｎに連なるスリット状の吹き出し口２１１を形成している。スリット状の吹き出し口２１１は本体ケース１の前壁１７ａの延長線から隙間Ｇ４（図６Ｂ参照）だけ隔てた箇所に形成されており、このスリット状の吹き出し口２１１と角形電池Ｂの側壁との間で隙間Ｇ４の噴射ノズル２１Ｎが形成される。このスリット状の吹き出し口２１１は、左右側壁１７ｃ、１７ｄと、前壁１７ａの頂部壁と、蓋板１９の前壁１９ａの内側壁面に囲まれて、隙間Ｇ３を有する横長のスリットで形成されている。スリット状の吹き出し口２１１の横幅は、本体ケース１７の左右側壁１７ｃ、１７ｄ間の長さＬ１２と同じ長さになっている。この長さは、角形電池Ｂの長さより電池の両端部に隙間Ｗ２が空く長さになっている。隙間Ｗ２は例えば１０ｍｍとなっている。
【００７７】
封口冶具１６Ａは、流入孔２０から、ガスが供給されると、流入孔２０を通過したガスが略三角形の空室Ｒ１へ入り込んで拡散される。この拡散されガスは、空室Ｒ２で整流されて、次の空室Ｒ３へ送られ、加速されてスリット状の吹き出し口２１１を経て噴射ノズル２１Ｎから噴出される。なお、蓋板１９の上面は溶接箇所よりも０ｍｍ〜５ｍｍ程度、より好ましくは０ｍｍ〜３ｍｍ程度上方に位置するようにするとよい。
【００７８】
次に、図４〜図７を参照して、このレーザ溶接装置１０Ａを用いた電池の外装缶の封口工程を説明する。この外装缶封口工程において、レーザ溶接装置１０Ａを構成する一対の第１及び第２封口冶具１６Ａ、１６Ｂ間に、角形電池Ｂ入れて、一対の封口冶具１６Ａ、１６Ｂで挟持固定する（図４、図５参照）。この状態にして、両封口冶具１６Ａ、１６Ｂの流入孔２０から、シールドガス、例えば窒素ガスＮ２を供給する。供給された窒素ガスＮ２は、各封口冶具１６Ａ、１６Ｂの空室内で拡散されて、各スリット状の吹き出し口２１１を経て噴射ノズル２１Ｎからから噴射される。この吹き出し状態を一方の封口冶具１６Ａで説明すると、ガス流入孔２０から窒素ガスＮ２が空室Ｒ１へ供給されると、直径の小さい流入孔２０を通過したガスが空室Ｒ１へ入り込むと、順次拡散される。
【００７９】
次の隣接する第２の空室Ｒ２で、第１の空室Ｒ１で拡散されたガスが均一な流れに変換される。第３の空室Ｒ３では、第２の空室Ｒ２で整流されたガスがこの空室Ｒ３内で流路が狭められるので、圧縮・加速される。そして、第４の空室Ｒ４のスリット状の吹き出し口２１１からは、均一な流量、すなわち均一な流速分布で不活性ガスが吹き出される。図６Ａには、一方の封口冶具１６Ａから、角形電池の溶接箇所へ窒素ガスＮ２を供給している状態が示されている。この窒素ガスＮ２が供給された雰囲気で、レーザユニット１１におけるレーザ発振器からレーザビームＬＢが溶接箇所へ照射される。この照射により、外装缶と蓋板とがレーザ溶接されるが、この溶接箇所には、スリット状の吹き出し口２１１から噴射ノズル２１Ｎを経て上方へ吹き付けられているので、溶接の際に溶接ダレが発生することがない。
【００８０】
また、封口冶具１６Ａは、図７に示すように、スリット状の吹き出し口２１１の両端部が角形電池Ｂの短辺側の端よりもＷ２（１０ｍｍ）外方へ突き出ている。吹き出し口２１１の両端部が角形電池Ｂの短辺側の端よりもＷ２だけ突き出ることによって、電池の溶接箇所のガス流速は、均一になり、両サイドの隙間部分の流速が速くなる。図７の符号Ｓは、電池Ｂに当たるガスの流速曲線を示している。この曲線に見られるように、電池Ｂに当たる箇所は流速は略一定で両端部では速くなっている。その結果、溶接箇所では、均一なガス流速でのレーザ溶接が可能になる。吹き出し口２１１からのガス吹き出し状況を一方の封口冶具１６Ａで説明したが、他方の封口冶具１６Ｂでも同じ状態になっている。
【００８１】
このレーザ溶接装置１０Ａによれば、ガスの流れる経路を上記の形状にすることで、ガス吹き出し口の幅方向で流速が均一になるため溶接状況のばらつきを抑えられる。電池を位置決めする治具の上部のスリット状の吹き出し口２１１からレーザ溶接に適した加工雰囲気を作るためのガスを電池の幅方向に均一に吹き出して溶接部全体をレーザ溶接に適した加工ガス雰囲気にしたうえで溶接することにより量産性が高くかつ安定性の高い溶接が可能となる。
【実施例３】
【００８２】
レーザ溶接に際しては、レーザビームが照射されたときに溶接部から飛散したチリがシールドガス中を浮遊し、この浮遊しているチリによってレーザビームが吸収されて溶接が不安定になることがある。以下では、実施例１のレーザ溶接装置１０において、このようなレーザ溶接時に飛散するチリによって溶接が不安定となる現象及びこのような現象が生じることを抑制するための構成を付加した実施例３のレーザ溶接装置１０Ｂを図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。なお、図８Ａは実施例１にかかるレーザ溶接装置の不活性ガスの流れを説明するための断面図であり、図８Ｂは実施例３にかかるレーザ溶接装置の不活性ガスの流れを説明するための断面図である。なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、図１〜図３に記載されている部分と同一の構成部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。
【００８３】
図８Ａに示したように、実施例１にかかるレーザ溶接装置１０においては、溶接箇所に遠い位置（図８Ａにおける左側）のスリット状の吹き出し口１２１１から噴射ノズル１２Ｎ１を経て吹き出される不活性ガスの吹き出し流量と、溶接箇所に近い位置（図８Ａにおける右側）のスリット状の吹き出し口１２１２から噴射ノズル１２Ｎ２を経て吹き出される活性ガスの吹き出し流量とは同一とされている。この場合、噴射ノズル１２Ｎ１及び１２Ｎ２から吹き出された不活性ガスは共に上方に向かって流れる。一方、レーザ溶接箇所からは溶接により飛散物２５が発生するが、この飛散物２５は溶接箇所に近い位置の噴射ノズル１２Ｎ２から吹き出された不活性ガス中を浮遊して上方に流れていく。そうすると、この飛散物２５はレーザビームＬＢに沿って流れていくので、レーザビームＬＢは大きく飛散物２５によって遮られることがある。そのため、溶接箇所に照射されるレーザビームＬＢが弱くなり、溶接不良が発生することがある。
【００８４】
そこで、実施例３にかかるレーザ溶接装置１０Ｂにおいては、第１及び第２封口治具１２Ａ及び１２Ｂの噴射ノズル１２Ｎ１及び１２Ｎ２に接続されているガス供給部に制御手段（何れも図示省略）を設け、溶接箇所に遠い側に位置するスリット状の吹き出し口１２１１の噴射ノズル１２Ｎ１からの不活性ガスの吹き出し流量を、溶接箇所に近い側に位置するスリット状の吹き出し口１２１２の噴射ノズル１２Ｎ２からの不活性ガスの吹き出し流量よりも、小さく制御している。
【００８５】
このような構成を採用すると、溶接時には、溶接箇所に近い側に位置するスリット状の吹き出し口１２１２の噴射ノズル１２Ｎ２からの不活性ガスは、図８Ｂに示したように、溶接箇所の上方よりも、溶接箇所に遠い側に流れて行くため、溶接により発生した飛散物２５も溶接箇所から遠い側に浮遊して流れて行く。そのため、実施例３のレーザ溶接装置１０Ｂによれば、溶接による飛散物２５が溶接箇所の上方に流れていくことが抑制されるため、この溶接による飛散物２５にレーザビームＬＢが遮られることが抑制され、溶接不良の発生がより確実に減少する。
【００８６】
また、実施例３にかかるレーザ溶接装置１０Ｂにおいては、第１及び第２封口治具１２Ａ及び１２Ｂの上方に、平面視でスリット状の吹き出し口１２１１及び１２１２の噴射ノズル１２Ｎ１及び１２Ｎ２に沿って排気口２６１及び２６２を形成し、これらの排気口２６１及び２６２にそれぞれ排気手段（図示省略）を接続すると共に、これらの排気手段に排気制御手段（図示省略）を設けている。そして、この排気制御手段によって、溶接箇所に遠い側に位置する排気口２６１の吸引量を溶接箇所に近い側に位置する排気口２６２の吸引量よりも大きく制御している。
【００８７】
このような構成を採用すると、たとえガス供給部の制御手段によってスリット状の吹き出し口１２１１及び１２１２の噴射ノズル１２Ｎ１及び１２Ｎ２からのガス流量を制御しなくても、溶接時には、溶接箇所に近い側に位置するスリット状の吹き出し口１２１２の噴射ノズル１２Ｎ２からの不活性ガスは、溶接箇所の上方よりも、溶接箇所に遠い側に流れて行く。そのため、この場合においても、溶接により発生した飛散物２５も溶接箇所から遠い側に浮遊して流れて行くので、溶接による飛散物２５によってレーザビームＬＢが遮られることが抑制され、溶接不良の発生がより確実に減少する。
【００８８】
また、実施例３にかかるレーザ溶接装置１０Ｂにおいては、上述したガス供給部の流量制御手段と、上述した排気口２６１、２６２及び排気制御手段を同時に備えるようにすると、両者の効果が相乗的に奏されるようになり、より溶接による飛散物２５によってレーザビームＬＢが遮られることが抑制され、溶接不良の発生がさらに確実に減少する。
【００８９】
以上説明したように、本発明によれば、電池外装缶を固定する封口治具にスリット状の吹き出し口が設けられているので、吹き出し口へ不活性ガスが供給されると、直ぐに溶接部分全体がシールドガス雰囲気になり、加工部全体に亘り、安定した良好な加工雰囲気にして、しかも加工雰囲気を得るための待ち時間がなくなり、効率的な加工ができる。また、不活性ガスを溶接箇所に極めて近い位置から吹き出させるので、少ない流量でもシールドガス雰囲気が得られることから必要な不活性ガスの量も抑えられる。さらに、不活性ガスが溶接箇所の下から上に吹付けられることで、溶接箇所のワークが必要以上に溶けるのが抑えられるため、ワーク外側の溶融部に凸部分が出る寸法不良を抑制できる。
【００９０】
なお、この発明では、レーザ溶接装置を角形電池に適用した例を説明したが、電池に限定されるものではなく、他の部品（ワーク）などにも適用できるものである。
【符号の説明】
【００９１】
１０、１０Ａ、１０Ｂ：レーザ溶接装置  １１：レーザ発振器及びビームスキャナを備えるレーザユニット  １２Ａ、１２Ｂ：（レーザ封口用）冶具  １２Ｎ、１２Ｎ１、１２Ｎ２：噴射ノズル  １２１、１２１１、１２１２：スリット状の吹き出し口  １３：挟持部材  １３１：ガス供給孔  １４：コ字型枠体  １５：天井板  １６Ａ、１６Ｂ：（レーザ封口用）冶具  １７：本体ケース  １９：蓋体  ２０：ガス供給孔  ２１Ｎ：噴射ノズル  ２１１：スリット状の吹き出し口  ２５：飛散物  ２６１、２６２：排気口  Ｂ：角形電池  Ｂ１：電池外装缶（第１のワーク）  Ｂ２：封口蓋（第２のワーク）  Ｒ：空室  Ｒ１：拡散室  Ｒ２：整流室  Ｒ３：加速室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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